Научная статья на тему 'Опыт освоения современных технологий обработки данных дистанционного зондирования в институте дистанционного зондирования и природопользования СГГА'

Опыт освоения современных технологий обработки данных дистанционного зондирования в институте дистанционного зондирования и природопользования СГГА Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

CC BY
176
61
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по компьютерным и информационным наукам , автор научной работы — Кулик Е. Н.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Опыт освоения современных технологий обработки данных дистанционного зондирования в институте дистанционного зондирования и природопользования СГГА»

УДК 528.85

Е.Н. Кулик

СГГ А, Новосибирск

ОПЫТ ОСВОЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ В ИНСТИТУТЕ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ СГГА

На протяжении 4 лет Сибирская государственная геодезическая академия (СГГА) является участником программы поддержи ВУЗов, объявленной ООО «Датой+» (г. Москва) и ведущими мировыми

производителями геоинформационных программных продуктов. В рамках программы СГГА применяет в своих образовательных и научно -исследовательских целях систему обработки данных дистанционного зондирования ERDAS Imagine (Leica Geosystems&GIS Mapping) и обеспечение ArcInfo&ArcView GIS(ESRI). Данные продукты являются одними из лидеров на рынке программного обеспечения для обработки пространственной информации.

Программа поддержки ВУЗов предусматривала подготовку специалистов по работе с вышеозначенными системами в сертифицированных учебных центрах. Лицензированными специалистами позже были проведены обучающие курсы для освоения систем составом аспирантов и преподавателей профильных кафедр. Система ERDAS Imagine, ориентированная на обработку аэрокосмических снимков, стала активно использоваться в дипломном проектировании, исследованиях аспирантов, включаться в лабораторные и практические занятия студентов разных форм обучения.

В первых проектах средства систем использовались не в полном функциональном объеме, однако постепенно ставились более сложные задачи, прорабатывались новые пути их решения, строились технологии, разрабатывались методики. И сегодня, без доли преувеличения, можно смело говорить о том, что ряд дисциплин учебного процесса кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования, экологии и природопользования не могут обойтись без таких современных и полнофункциональных средств обработки данных о Земле, таких как ERDAS Imagine и ArcView GIS.

В научно-исследовательских проектах геоинформационные программные средства использовались:

- При разработке методики автоматизированного выявления мест нефтезагрязнений по аэрокосмическим снимкам;

- Для автоматизированного набора эталонов с целью дешифрирования нефтезагрязнений методами управляемой классификации;

- Для повышения пространственного разрешения космической информации с помощью слияния её с аэроснимками;

- Для проведения оценки точности результатов классификаций различных типов;

- При разработке методики автоматизированной оценки точности классификации изображений по параметрическим и непараметрическим решающим правилам;

- Для разработки методики определения коэффициентов спектральной яркости нефтезагрязнений по космическим снимкам;

- При разработке методики атмосферной коррекции для

предварительной обработки аэрокосмической информации (на основе анализа гистограмм распределения яркостей в каждом спектральном канале и введения коэффициента поправки в исходные изображения в зависимости от типа рассеивания атмосферы);

- Для построения трёхмерной модели нефтегазодобывающего комплекса и моделирования развития процесса нефтеразлива в окружающей природной среде;

- При построении карт динамики мест нефтезагрязнений по разновременным космическим снимкам, полученным различными съёмочными системами;

- При разработке технологии построения 3d карт городской и сельской территории на примере аэрофотоснимков г. Новосибирска и с. Краснозёрское;

- При разработке технологий обработки неметрических цифровых снимков различных биологических объектов для решения прикладных задач:

- Разработана методика оценки степени поражения листьев пшеницы стеблевой ржавчиной по цифровым макроснимкам;

- Методика определения количественных характеристик внутреннего строения листа видов рода копеечник;

- Методика обработки стереопар микроизображений пыльцевых зерен.

В рамках научно-исследовательских работ были получены:

- База пространственных данных на основе картографической и аэрокосмической информации для геоинформационного обеспечения учебных практик на район полигона «Боровое»;

- Электронные мультимедийные обучающие приложения по дисциплинам геоинформационного направления;

- Методики освоение модулей системы ERDAS Imagine для фотограмметрической обработки снимков.

Разработан ряд лабораторных работ и методических рекомендаций по использованию ГИС-пакетов ERDAS Imagine и ArcView GIS в учебном процессе кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования, которые вошли в учебно-методические комплексы таких дисциплин как:

- Геоинформационные системы природопользования;

- Геоинформационные системы управления городской средой;

- Основы ГИС;

- Автоматизация обработки аэрокосмической информации;

- Дистанционное зондирование;

- Мониторинг лесов по материалам аэрокосмических съемок;

- Основы аэрокосмического мониторинга окружающей среды;

- Аэрокосмические методы мониторинга поверхности Земли;

- Цифровая фотограмметрия.

Примерами лабораторных работ, выполняемых с использованием ERDAS Imagine могут служить:

- Отработка технологии географической привязки и трансформирования снимков, полученных с космических летательных аппаратов. В процессе работы студенты приобретают навыки подбора параметров трансформирования, идентификации и измерения соответственных точек пары снимков, вычисления параметров трансформирования, контроля и оценки точности измерений соответственных точек;

- Ортотрансформирование космического снимка SPOT с использованием каталога координат опорных точек и цифровой модели рельефа. В процессе работы студенты приобретают навыки задания параметров картографической проекции, опознавания и измерения опорных точек на снимке;

- Монтаж фотоплана. В процессе работы студенты приобретают навыки монтажа перекрывающихся изображений, задания линии сшивки цифровых изображений, оценки точности сшивки по соответственным контурам на линии сшивки, зарамочного оформления полученного фотоплана.

В рамках летних учебных практик проходит знакомство с методами автоматизации дешифрирования в системе ERDAS Imagine. Осваиваются процедуры геометрической коррекции спектрозональных снимков, процедуры автономной классификации с последующей перекодировкой, генерализацией тематических данных и назначением имен классов.

Программные средства позволяют выпускать специалистов современного уровня подготовки. Системы ERDAS Imagine и ArcView GIS являлись базой для проведения экспериментов в рамках дипломных проектов студентов специальностей «Аэрофотогеодезия», «Исследование природных ресурсов аэрокосмическими средствами», «Геоэкология»:

1. «Использование геоинформационных технологий для решения тематических задач в сфере маркетинга» 2004/05 уч.год (ст. Алферова С.)

2. «Автоматизация расчетов показателей экологического потенциала в среде ГИС» 2004/05 уч.год (ст. Мурина А.)

3. «Использование материалов дистанционного зондирования для решения тематических задач оценки лесных ресурсов и растительного покрова» 2004/05 уч. год (ст. Полетаева М.)

4. Разработка геоинформационной технологии создания электронного атласа для целей геоэкологической паспортизации районов Новосибирской области - 2003/04 уч.год (ст. Егорова Е.)

5. Паспортизация природных объектов средствами ГИС по материалам космических съемок - 2003/04 уч.год (ст. Горн О.)

6. «Разработка технологий создания трехмерных карт с

использованием ERDAS IMAGINE» 2003/04 уч.год (ст. Голикова М.)

7. «Построение карт динамики нефтезагрязнений на примере

месторождения Пограничное» 2003/04 уч.год.(рук. Павленко А.В.)

S. «Применение информационных технологий в управлении водными ресурсами» 2003/04 уч.год (ст. Прудников Р, рук. Трубина Л.К.)

9. «Геоинформационное моделирование данных в растровой ГИС «ERDAS IMAGINE» 2003/04 уч.год (ст. Ермакова М.)

10. «Разработка методики повышения достоверности автоматизированного дешифрирования многозональных снимков лесных территорий» 2003/04 уч.год (ст. Дементьева О.)

11. «Фотограмметрические решения в ERDAS Imagine» 2002/03 уч.год (ст. Лидер В.)

12. «Технология создания электронных тематических карт в среде ГИС» 2002/03 уч.год (ст. Рябченко А., Аблоухова Н.)

13. «Построение трёхмерной модели нефтепромысла средствами

различных ГИС» 2002/03 уч.год (ст. Балина Л.)

14. «Оценка достоверности классификаций, проведённых по параметрическим и непараметрическим наборам эталонов» 2002/03 уч. год (ст. Сарсенова Н.)

15. «Разработка методики экспериментального расчёта коэффициентов спектральной яркости нефтезагрязнений по космическим снимкам» 2002/03 уч.год (ст. Долгополова Т.)

16. «Создание базы пространственных данных для геоинформационного обеспечения учебных практик на район полигона «Боровое» - 2001/02 уч.год (ст. Логинова Н.)

17. «Разработка методики создания набора эталонов для выявления различных типов нефтезагрязнений по космическим снимкам методами управляемой классификации» 2001/02 уч. год (ст. Бахарева А.)

1S. «Разработка электронных мультимедийных обучающих приложений по дисциплинам геоинформационного направления» 2000/01 уч.год (ст. Бугрова О., Пономаренко А.)

Высокие функциональные возможности пакетов обработки пространственной информации позволяют эффективно использовать его в учебном процессе при подготовке специалистов по направлению «Фотограмметрия и дистанционное зондирование».

Одним из направлений научных исследований на кафедре фотограмметрии и дистанционного зондирования на сегодня является разработка и исследование системы мониторинга чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера по материалам аэрокосмических съемок. В рамках этого направления широко применяется многофункциональная система ERDAS Imagine.

Работа посвящена вопросам разработки региональной системы оперативного мониторинга, позволяющей решать задачи слежения и прогнозирования обстановки для целей обеспечения информационной

поддержки принятия управленческих решений по организации предупредительных мероприятий, а также ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций.

Одной из основных задач, решаемых на основе данных дистанционного зондирования (ДЗ), является оперативное получение данных о чрезвычайных ситуациях природного и техногенного характера, а также об экологической, геофизической и метеорологической обстановке для прогноза опасных явлений. Сочетание визуальных и инструментальных методов, использование космических средств позволяет существенно расширить контролируемую территорию, повысить периодичность наблюдения, оперативность обнаружения чрезвычайных ситуаций, точность определения размеров пораженной площади и наносимого ущерба природным экосистемам.

Современные методы многозональных съемок и возможности полнофункционального спектрального анализа изображений, являются идеальным инструментом по детектированию природных и антропогенных объектов на основе их характерных спектральных признаков.

Перспективы развития пользовательского модуля - это доведение его до уровня экспертной системы: системы поддержки принятия управленческих решений по оптимизации временных, финансовых и технических затрат.

Система, основанная на модульности как функциональной, так и тематической, является легко адаптируемой под задачи оперативного мониторинга различных объектов природной среды (мониторинг растительности, паводковые ситуации, нефтяные загрязнения, сельское хозяйство и др.). Как правило, мониторинг основан на анализе временных серий космических снимков. По космическим данным возможно проводить качественную оценку существующих ситуаций и наблюдать за динамикой их развития, точно отслеживая скорости распространения. Детектируя события на космоснимках, фиксируя скорость распространения их, можно сопоставлять результат с какой-либо статистической моделью и более точно устанавливать границы распространения явления, делать выводы и прогнозы.

© Е.Н. Кулик, 2005

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.